KR20070007957A - A deformation-sensing bearing having four stress gauges - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고정된 또는 "정지" 링("stationary" ring), 회전 링, 및 링들이 서로에 대해 회전할 수 있도록 상기 링들 사이에 형성된 레이스웨이(raceway)에 배치되는 구름 체들(rolling bodies) 중 하나 이상의 로우(row)를 포함하는 베어링에 관한 것이다.The present invention relates to a fixed or "stationary" ring, a rotating ring and rolling bodies disposed in a raceway formed between the rings such that the rings can rotate relative to one another. A bearing comprises one or more rows.
이것은 일반적으로 자동차 바퀴 베어링에 적용되는데, 정지 링은 상기 자동차의 섀시 및 회전 링과 연관되는 바퀴에 설치된다.This generally applies to automotive wheel bearings, where the stop ring is installed on a wheel associated with the chassis and the rotating ring of the vehicle.
바퀴와 그 바퀴가 회전되는 표면 사이의 경계면에 가해지는 힘을 측정하려 하는 경우에, 타이어 또는 섀시에 대한 상기 힘을 측정하는 것이 가능하다는 것이 알려져 있다.It is known that when trying to measure the force exerted on the interface between a wheel and the surface on which the wheel is rotated, it is possible to measure the force on the tire or chassis.
공교롭게도, 타이어에 대한 측정은 타이어의 회전 레퍼런스 프레임(reference frame)과 정지 연산 레퍼런스 프레임 사이의 신호 송신과 관련되는 많은 문제점들을 불러일으키는데, 연산을 수행하기 위해서는 상기 회전 레퍼런스 프레임이 상기 정지 레퍼런스 프레임에 계속적으로 연관되어 위치해야 한다. 섀시에 대한 측정은, 바퀴를 상기 섀시에 연결하는 여러가지 부재들 사이의 힘의 분 배로 인하여 어렵게 된다.Unfortunately, measurement of a tire introduces a number of problems associated with the transmission of signals between a tire's rotational reference frame and a stationary reference frame, in order to perform the operation the rotational reference frame continues to the stationary reference frame. Should be associated with Measurements on the chassis are difficult due to the distribution of forces between the various members connecting the wheels to the chassis.
따라서, 문헌 FR-2 839 553 및 FR-2-812 356에 제시된 바와 같이, 자동차가 움직이는 동안에 바퀴와 표면 사이의 경계면에 가해지는 힘을 측정하기 위해 지지물로서, 특히 바퀴와 섀시 사이의 첫 번째 연결 부재인 정지 링이 사용된다.Thus, as shown in documents FR-2 839 553 and FR-2-812 356, the first connection between the wheels and the chassis, as a support, to measure the force exerted on the interface between the wheels and the surface while the vehicle is moving A stop ring that is a member is used.
특히, 그러한 힘은 지나간 구름 체에 의해 야기된 정지 링에서의 변형을 측정함으로써 측정될 수 있다. 그러한 변형의 크기는 측정되는 힘을 나타낸다.In particular, such a force can be measured by measuring the deformation in the stationary ring caused by a passing cloud sieve. The magnitude of such deformation is indicative of the force being measured.
그러한 힘 측정 방법과 함께 야기되는 문제점들 중 하나는 변형 신호가 회전 속도에 의존한다는 점이다. 특히, 낮은 속도에서의 측정 품질은 불충분하며, 힘은 적어도 두 개의 구름 체가 연속적으로 지나가는 것에 의해 야기되는 변형을 측정한 이후에만 측정될 수 있다.One of the problems caused by such a force measuring method is that the strain signal is dependent on the rotational speed. In particular, the measurement quality at low velocities is insufficient and the force can only be measured after measuring the deformation caused by the passing of at least two rolling bodies in succession.
따라서, 그러한 문제점은, 예를 들어, 앤티로크 브레이킹 시스템(Antilock Braking System; ABS) 또는 전자 안정 프로그램(Electronic Stability Program; ESP)과 같은 자동차의 동력을 제어하는 시스템에 힘의 측정이 필수적임에 따라, 그것이 실시간으로 또는 지연을 최대한 짧게 하여 수행되어야 하는 경우에 더욱 결정적이다.Thus, such a problem is, for example, as the measurement of force is essential for systems that control the power of a vehicle, such as the Antilock Braking System (ABS) or the Electronic Stability Program (ESP). This is more critical if it should be done in real time or with the shortest delay possible.
본 발명의 주된 목적은 정지 링에서의 변형의 크기를 측정하는 시스템을 구비하는 베어링을 제시함으로써 이러한 문제점을 해결하는 것이며, 상기 시스템은 언제든지 그리고 회전 속도와 무관하게, 변형에 관한 측정값을 얻어서 힘을 측정할 수 있도록 변형 신호에 대한 공간 보간을 수행하도록 배열된다.The main object of the present invention is to solve this problem by presenting a bearing having a system for measuring the magnitude of the deformation in the stationary ring, which system at any time and independently of the rotational speed obtains a measurement of the deformation to force It is arranged to perform spatial interpolation on the deformation signal so that it can be measured.
결국, 본 발명은 정지 링, 회전 링, 및 링들이 서로에 대해 회전할 수 있도록 상기 링들 사이에 형성된 레이스웨이(raceway)에 배치되는 구름 체들 중 하나 이상의 로우(row)를 포함하는 베어링으로서, 상기 구름 체들은 각 간격(angular spacing) λ로 레이스웨이에서 균일하게 분포되고, 상기 베어링은 회전하는 동안에 야기된 정지 링 영역의 유사-사인곡선형(pseudo-sinusoidal) 변형의 크기(amplitude) A를 측정하는 하나 이상의 측정 시스템을 구비하며, 상기 베어링에서 상기 측정 시스템은:Finally, the present invention provides a bearing comprising a stop ring, a rotating ring, and a row of one or more rows of rolling bodies disposed in a raceway formed between the rings such that the rings can rotate relative to each other, wherein The rolling bodies are evenly distributed on the raceway at angular spacing λ, and the bearing measures the amplitude A of the pseudo-sinusoidal deformation of the stationary ring region caused during rotation. And at least one measuring system wherein the measuring system in the bearing comprises:
- 상기 영역 상에 균일하게 분포되며, 상기 게이지가 받는 변형에 관한 함수로 신호를 전달하는 4개의 스트레인(strain) 게이지;Four strain gauges uniformly distributed on the area and transmitting signals as a function of the deformation the gauge receives;
- 회전 동안에 각각의 게이지에 의해 발생되는 신호의 시간 변동에 관한 함수인 4 개의 신호 Vi를 측정하며, 4 개의 신호 Vi를 결합함으로써, 동일 각도 및 A에 관한 함수인 동일 크기인 2 개의 신호 SIN 및 COS를 생성하는 측정 장치; 및- rotation for a time variation of and measure the four signals V i a function of the four signals by combining V i, the two signals of the same size a function of the same angle, and A of a signal to be generated by each of the gauge A measuring device for generating SIN and COS; And
- 변형 영역의 크기 A를 시간에 관한 함수로 계산하며, 크기 A를 도출해내기 위해 SIN2 + COS2 를 계산하도록 배열되는 연산 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.Calculate the size A of the deformation region as a function of time and use SIN 2 to derive the size A. A computing device arranged to calculate + COS 2 .
본 발명의 다른 목적 및 이점은 첨부되는 도면을 참조로 후술하는 바에 따라 나타날 것이다.Other objects and advantages of the invention will appear as set forth below with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 3은 각각 베어링에 관한 3 가지 실시예들로서, 유사-사인곡선 형 변형의 크기를 측정하며, 정지 링의 각 영역 상에 배치된 4 개의 시스템의 게이지들에 관한 투시도이다.1-3 are perspective views of gauges of four systems, each measuring three magnitudes of pseudo-sinusoidal deformations, disposed on each region of the stop ring, as three embodiments of the bearing.
도 4는 본 발명에 따른 측정 시스템의 제 1 실시예에 관한 회로도이다.4 is a circuit diagram according to a first embodiment of a measurement system according to the present invention.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 측정 시스템의 제 2 실시예에 관한 회로도이다.5 and 6 are circuit diagrams relating to a second embodiment of the measurement system according to the invention.
도 7은 도 1의 베어링의 정지 링에서, 구름 체들 사이의 각 간격과 관련되는 게이지의 특정 배치를 나타내는 개략도이다.FIG. 7 is a schematic diagram showing the specific arrangement of the gauges associated with the angular spacing between rolling bodies in the stationary ring of the bearing of FIG. 1.
도 8은 도 7과 유사한 도면으로서, 게이지와 레이스웨이 사이의 거리를 나타낸 개략도이다.FIG. 8 is a view similar to FIG. 7 showing a distance between the gauge and the raceway.
본 발명은 고정된 또는 "정지" 링(ring)(1), 회전 링, 및 링들이 서로에 대해 회전할 수 있도록 상기 링들 사이에 형성된 레이스웨이(raceway; 3)에 배치되는 구름 체들(2) 중 하나 이상의 로우(row)를 포함하는 베어링에 관한 것이다.The present invention provides a fixed or "stop" ring 1, a rotating ring and
정지 링(1)은 고정 또는 "정지" 구조와 결합되도록 설계되고, 회전 링은 회전 부재와 결합되도록 설계된다. 특정한 응용예에 있어서, 베어링은 자동차 바퀴 베어링이고, 정지 구조는 자동차의 섀시이고, 회전 부재는 바퀴이다.The stop ring 1 is designed to engage a stationary or "stop" structure, and the rotary ring is designed to engage a rotating member. In a particular application, the bearing is an automobile wheel bearing, the stop structure is an automobile chassis, and the rotating member is a wheel.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 그러한 바퀴 베어링(wheel bearing)은 외부의 정지 링(1) 및 내부의 회전 링 사이에 구비된 각각의 레이스웨이(3)에서 공통의 축에 대하여 배치되는 볼(ball; 2)에 관한 2 개의 로우(row)를 포함하는 것으로 나타난다. 또한, 정지 링(1)은 섀시와 체결되는 체결 수단을 구비하며, 이러한 체결 수단은, 볼팅(bolting)에 의해 체결이 이루어지도록 하는 축 방향의 홀(6)이 있는 4 개의 방사상 돌출부(5)를 구비하는 플랜지(4)에 의해 형성된다.1 to 3, such wheel bearings are arranged with respect to a common axis in each
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 볼(2)은 "공간 주기(spatial period)"라고도 하는 각 간격(angular spacing) λ로 레이스웨이(3)에서 균일하게 분포된다. 공지된 형태에서, 볼(2) 사이의 간격은 그들을 케이지(cage) 내에 배치함으로서 유지된다.As shown in FIGS. 7 and 8, the
본 발명은 정지 링(1)의 영역(7) 중 하나 이상에 대한 변형의 크기를 측정하는 것이 가능하도록 함으로써, 그로부터 바퀴와 상기 바퀴가 회전되는 표면 사이의 경계면에 가해지는 힘을 도출해 내는 것이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.The present invention makes it possible to measure the magnitude of the deformation of at least one of the
레이스웨이(3)를 따라 구르는 볼(2)은 정지 링(1)에 대한 압축 및 이완을 유도한다. 따라서, 회전하는 동안에, 정지 링(1)에는 대략 사인파가 되는 주기적인 변형이 일어나게 된다. 이하의 설명에서, "유사-사인곡선형(pseudo-sinusoidal) 변형"이라는 용어는 회전하는 동안의 정지 링의 변형을 가리키는 것으로서 사용된다.The
유사-사인곡선형 변형은 베어링에 가해지는 하중과 그에 따라 경계면에 가해지는 힘에 의존하는 크기, 및 회전 링의 회전 속도와 볼(2)의 개수에 모두 비례하는 주파수에 의해 특징 지워진다.The quasi-sinusoidal deformation is characterized by the magnitude depending on the load on the bearing and thus the force on the interface, and the frequency proportional to both the speed of rotation of the rotating ring and the number of
변형의 크기가 독립적으로 측정되는 2개의 로우의 볼(2)을 구비하는 바퀴 베어링을 참조함으로써 설명하였지만, 당업자는 상기 설명내용을 정지 링(1)의 하나 이상의 영역(7)의 유사-사인곡선형 변형의 크기를 측정하고자 하는 다른 유형의 베 어링 및/또는 다른 응용예에 직접적으로 교환 적용할 수 있다.Although described with reference to a wheel bearing having two rows of
본 발명에 따르면, 상기 베어링은 회전하는 동안에 야기된 정지 링(1) 영역(7)의 유사-사인곡선형 변형의 크기(A)를 측정하는 하나 이상의 시스템을 구비하며, 상기 시스템은 4개의 스트레인 게이지(8)를 구비한다.According to the invention, the bearing has at least one system for measuring the magnitude (A) of the pseudo-sinusoidal deformation of the region of the stop ring (1) 7 caused during rotation, the system having four strains Gauge 8 is provided.
각각의 게이지(8)는 그것이 받는 변형에 관한 함수로 신호를 전달하는 데에 적합하다. 도 1 내지 도 3에서 나타내고 있는 바와 같이, 게이지(8)는 일반적인 회전 방향으로 연장되는 라인을 따라 영역(7) 상에 균일하게 분포된다.Each
측정 시스템은 또한 회전 동안에 각각의 게이지(8)에 의해 발생되는 신호의 시간 변동에 관한 함수인 4 개의 신호 Vi를 측정하는 측정 장치(9)를 더 포함하며, 상기 측정 장치는, 4 개의 신호 Vi를 결합하는 것에 의해, 동일 각도 및 A에 관한 함수로서의 동일 크기인 2 개의 신호 SIN 및 COS를 생성하는데에 적합하다.The measuring system also further comprises a
상기 두 개의 신호 SIN 및 COS 으로부터, 예를 들어, 프로세서로 이루어진 연산 장치(10)를 통해 SIN2 + COS2 를 계산함으로써 크기 A를 도출해내는 것이 가능하다.From the two signals SIN and COS, for example, through the computing device 10 consisting of a processor SIN 2 It is possible to derive size A by calculating + COS 2 .
따라서, 그 크기가 회전 속도와는 독립적으로 계산되므로, 특히, 지연 또는 변형의 일시적인 측정에 내재하는 품질에 관한 문제점들을 극복하는 것이 가능하다.Thus, since the magnitude is calculated independently of the rotational speed, it is possible, in particular, to overcome the problems relating to the quality inherent in the temporary measurement of delay or deformation.
도 4 내지 도 6을 참조하여, 게이지(8)들이 저항성 소자, 특히, 피에조저항성(piezoresistive) 또는 자기변형(magnetostrictive) 소자를 기반으로 함으로써, 그들 각각이 상기 게이지(8)가 받는 변형에 관한 함수로 변화되는 전기적 저항 Ri 을 갖는 본 발명에 따른 측정 시스템의 제 1 및 제 2 실시예에 관하여 후술한다. 특히, 각각의 게이지(8)는 단일 저항기, 또는 단일 저항을 의미하는 것으로서 블록의 위치에서의 저항을 나타내는 평균 저항을 얻기 위해 결합된 복수의 저항기 블록을 포함할 수 있다.4 to 6, the
설명된 두 가지 실시 예에서, 측정 장치(9)는 4개의 게이지(8) 사이의 전류 루프 회로를 포함한다. 그 회로는 조정가능한 이득(gain) Gi 을 가지는 4개의 차동 증폭기(11)를 더 포함한다. 또한, 측정 장치(9)는 신호 필터 스테이지(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.In the two embodiments described, the
따라서, 측정 장치(9)는 증폭기(11)의 출력부에서 다음과 같은 신호들을 전달한다:Thus, the
여기서 R0i 는 나머지 저항기들 Ri 에서의 저항이고, ΔRi 는 게이지(8)에서의 저항의 변화이고, ω=2π/T (T는 시간), φ 는 게이지(8)들 사이의 공간 상 변환(phase shift), i는 루프에서의 전류이다.Where R 0i is the resistance in the remaining resistors R i , ΔR i is the change in resistance in the
표본 함수의 (시간과 관련되는) 사인곡선형의 성질은 이하의 연산들을 간단 히 하기 위해 이용되나, 결코 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 전제는 베이링이 일정한 속도로 회전하는 것을 가정한다(ω 일정).The nature of the sinusoidal (time related) of the sample function is used to simplify the following operations, but is not so limited. This premise assumes the bearing rotates at a constant speed (ω constant).
도 4에 도시된 실시 예에서, 측정 장치(9)는 이하의 차이들을 얻기 위해 배열된 차동 증폭기(11)의 스테이지를 더 포함한다:In the embodiment shown in FIG. 4, the
출력 이득 Gi 을 G1 = G2 = G3 = G4 = G 로 조정하고, 나머지 저항기들에서의 저항들은 R01 = R02 = R03 = R04 로 조정하고, ΔR1 = ΔR2 = ΔR3 = ΔR4 = ΔR 로 가정함으로써, 위의 수학식 1 및 수학식 2는 다음과 같이 된다:Adjust the output gain G i to G 1 = G 2 = G 3 = G 4 = G, the resistors on the remaining resistors to R 01 = R 02 = R 03 = R 04 , ΔR 1 By assuming that ΔR 2 = ΔR 3 = ΔR 4 = ΔR,
특히, ΔRi 값의 동일성은, 게이지(8)가 레이스웨이로부터 동일한 거리에 있을 때 얻어진다.In particular, the identity of the ΔR i value is obtained when the
특히, φ= π/2 인 경우에, 즉, 게이지(8)가 λ/4 와 동일한 거리로 공간상 떨어져 있는 경우, 위의 수학식 3 및 수학식 4는 다음과 같이 나타낼 수 있다:In particular, when φ = π / 2, that is, when the
따라서, 이러한 특별한 경우에, 도 4에 도시된 측정 장치(9)는 신호 COS = V1 - V2 및 SIN = V3 - V4 을 직접 얻는 것이 가능하도록 한다.Thus, in this particular case, the
따라서, SIN2 + COS2 를 계산함으로써 을 얻는 것이 가능하고, 이에 따라 연산 장치(10)의 출력부에서, ΔR 에 관한 함수인 크기 A를 시간에 관한 함수로서 얻는 것이 가능하도록 한다.Thus, SIN 2 + By calculating COS 2 It is possible to obtain, so that at the output of the arithmetic unit 10, it is possible to obtain the magnitude A which is a function of ΔR as a function of time.
도 5 및 도 6을 참조하여, 게이지(8)들 사이의 상 변환 φ 값을 고려하지 않고 SIN 및 COS 신호를 얻을 수 있도록 하는 측정 장치(9)에 대하여 후술한다.5 and 6, the measuring
위와 같은 목적을 위해, 측정 장치(9)는 제 1 스테이지가 도 4의 제 1 실시 예의 증폭기 스테이지에 비례하는 2 개의 스테이지의 차동 증폭기(11)를 더 구비하며, 이에 따라, 측정 장치는 전술한 수학식 3 및 4를 이용하여 신호 V1 - V2 및 V3 - V4 뿐만 아니라, 유사한 방식으로, 신호 V1 - V3 및 V4 - V2 도 전달하도록 배열된다 (도 6).For this purpose, the measuring
제 2 스테이지는, 명확히 하기 위해 도 5 및 도 6에 각각 도시된, 이하의 신 호들을 전달하기 위한 2 개의 차동 증폭기(11)를 구비한다:The second stage has two
U = [(V1 - V2) - (V3 - V4)]; 및U = [(V 1 -V 2 )-(V 3 -V 4 )]; And
V = [(V1 - V3) - (V4 - V2)]V = [(V 1 -V 3 )-(V 4 -V 2 )]
즉, 수학식 3 및 수학식 4를 기반으로 다음과 같이 나타낸다:That is, based on
따라서, 전술한 바와 같이, U = SIN 및 V = COS 이고, 연산 장치(10)에서 SIN2 + COS2 를 계산함으로써 ΔR 에 관한 함수인 크기 A를 얻을 수 있다.Thus, as described above, U = SIN and V = COS and SIN 2 in the computing device 10. By calculating + COS 2 , one can obtain size A which is a function of ΔR.
만약 φ가 π/2 와 다르다면, 신호 U 및 V의 크기도 다르다. 상기 크기들을 동일하게 하기 위해, 조정가능한 이득을 갖도록 하나 이상의 제 2 스테이지 차동 증폭기(11)에 대한 예비책을 만드는 것이 가능하다. 특히, 신호 U를 형성하는 증폭기(11)의 이득은 다음과 같이 조정될 수 있다:If φ is different from π / 2, the magnitudes of the signals U and V are also different. In order to make these sizes the same, it is possible to make a preliminary measure for one or more second
도 5 및 도 6에 도시된 변형된 실시 예에서, 측정 장치(9)의 제 2 스테이지는 도 5에 도시된 바와 같은 증폭기(11) 및 신호 V = 2(V2 - V3)를 전달하도록 배열된 제 2 증폭기(11)를 포함한다. 따라서, 측정 장치(9)에 의해 전달되는 신호들 을 다음과 같다:In the modified embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the second stage of the measuring
U = [(V1 - V2) - (V3 - V4)]; 및U = [(V 1 -V 2 )-(V 3 -V 4 )]; And
V = 2(V2 - V3)V = 2 (V 2 -V 3 )
이러한 변형은 특히 신호들 Vi 의 크기가 동일한 것으로 간주되지 않는 경우, 즉 게이지가 동일한 크기 A의 사인 파를 검출하지 않는 경우에 특히 적절하다. 4 개의 게이지(8)들 간에 선형 하중 분포를 가정하면, 신호들 Vi 은 다음과 같이 나타낼 수 있다:This variant is particularly suitable when the magnitudes of the signals V i are not considered equal, ie when the gauge does not detect a sine wave of the same magnitude A. Assuming a linear load distribution between the four gauges (8), the signals V i may be represented as follows:
여기서, a는 측정된 크기 A에서의 선형 변형이다.Where a is the linear deformation in the measured size A.
연산을 단순화시키기 위해, φ = π/2 라고 가정하면, 이러한 변형에서의 해석은 임의의 φ값에 대해서도 적용가능하며, 다음과 같은 식을 얻게 된다:To simplify the calculation, assuming φ = π / 2, the interpretation in this variant is applicable to any φ value, and we get the following equation:
따라서, U = SIN 및 V = COS이 되고, SIN2 + COS2 의 제곱근은 다음과 같다: Thus, U = SIN and V = COS, SIN 2 + The square root of COS 2 is
따라서, 첫 번째 차수 제한적으로 전개하면(a<<A) 이 되고, 따라서 게이지(8)가 분포되는 영역의 중심에서 도출되는 크기인 크기 A가 얻어진다.Therefore, if the first order is limitedly expanded (a < A), a size A is obtained, which is a size derived from the center of the region where the
도 7 및 도 8은 λ/4와 동일한 거리만큼 떨어져 있는 게이지(8)들을 나타내며, 상기 게이지들은 실질적으로 평면(plane)인 변형 영역에 배치되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 게이지(8)들은 d1 = d4 및 d2 = d13인 각각의 거리 d1, d2, d3, d4 만큼 레이스웨이로부터 공간상 떨어져 있도록 상기 영역에서 중심에 집중된다.7 and 8 show gauges 8 spaced apart by a distance equal to [lambda] / 4, which are arranged in a substantially planar deformation region. As shown in FIG. 8, the
이러한 게이지(8)의 특정한 구성에 따라, 이하의 관계식이 성립된다:Depending on the particular configuration of this
여기서, R1 은 R2 보다 레이스웨이로부터 더 멀리 떨어져 있고, 이에 따라 R1 의 변형으로부터의 신호가 R2 로부터의 신호보다 작을 것이기 때문에 ΔR2 = kΔR1 이고, k > 1 이다.Here, R 1 is further away from the raceway than R 2 , and thus ΔR 2 = kΔR 1 and k> 1 since the signal from the deformation of R 1 will be smaller than the signal from R 2 .
그리고, 변형 영역(7)에서의 게이지(8) 변형의 대칭으로 인해 다음과 같이 나타낼 수 있다:And, due to the symmetry of the strain in the
ΔR3 = kΔR4 = ΔR2 = kΔR1 ΔR 3 = kΔR 4 = ΔR 2 = kΔR 1
또한, 이득은 G1ΔR1 = G2ΔR2 = G3ΔR3 = G4ΔR4 이 되도록 조정된다.Also, the gain is adjusted such that G 1 ΔR 1 = G 2 ΔR 2 = G 3 ΔR 3 = G 4 ΔR 4 .
따라서, 앞서의 관계식으로부터 다음과 같이 얻어진다:Thus, from the above relation, it is obtained as follows:
G1 = kG2 = G4 = kG3 G 1 = kG 2 = G 4 = kG 3
이러한 특정한 구성에서, 나머지 저항기들에서의 저항은 다음과 같다:In this particular configuration, the resistance in the remaining resistors is as follows:
R02 = kR01;R 02 = kR 01 ;
R03 = kR04; 및R 03 = kR 04 ; And
R02 = kR03.R 02 = kR 03 .
따라서, 도 7 및 도 8의 의 게이지(8)의 구성에서, 이득 값 및 저항기의 나머지 저항 값에 관한 조건은 크기 A를 얻을 수 있도록 결정된다.Thus, in the configuration of the
게이지(8)가 외부 링(1)의 원통형 주변부에 위치하는 일반적인 경우에, 게이지로부터 레이스웨이 까지의 거리는 모두 동일하며, k=1이 된다. 따라서, 모든 경우에, 이득은 동일하고, 나머지 저항기들에서의 저항도 또한 동일해야 한다.In the general case where the
도 1 및 도 2를 참조하여, 도시된 바와 같이, 정지 링(1)의 변형 영역(7)에 고정된 기판(12)상에 게이지가 배치되는 베어링의 배열에 관하여 후술한다. 기판(12)은 정지 링(1)과 게이지(8) 사이의 변형을 전달하는 데에도 이용되도록, 예를 들어, 접착 본딩 또는 용접형 본딩에 의해 정지 링(1)에 단단히 고정된다.With reference to FIGS. 1 and 2, the arrangement of the bearings in which the gauge is arranged on the
전술한 게이지(8)는 저항성 소자를 기반으로 하고 있다고 할지라도, 변형에 관한 함수인 신호를 전달하는 한, 다른 게이지들(8), 예를 들어, 표면 음향파 센서 및 자기장 센서로부터 선택되는 센서들도 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있다. 특히, 자기장 센서는 자기-저항, 거대 자기-저항, 홀 효과(hall effect), 터널-효 과 자기-저항, 및 자기변형층과 같은 유형의 고감도 소자를 기반으로 할 수 있다.Although the
설명되는 실시 예에서, 게이지(8)는, 예를 들어, 세라믹으로 이루어진 기판(12)상에서 두꺼운 층으로 스크린 인쇄된다. 특히, 하이브리드 유형의 기술은 기판(12) 상에 측정 장치(9) 및 연산 장치(10)의 집적이 가능하도록 한다 (도 2의 실시 예 참조). 또한, 스크린-인쇄는 저항기에서의 양호한 저항 조절 및 변형에 대한 양호한 감도를 얻을 수 있도록 할 뿐만 아니라, 기판(12) 상에서 저항기 정확한 배치의 보증한다.In the embodiment described, the
변형 영역(7)은 실질적으로 평면이 되고, 2개의 로우의 볼(12) 위로 확장되도록 만들어진다. 이러한 실시 예에서, 게이지(8)들은 레이스웨이로부터 등거리가 아니므로, 측정되는 변형의 크기는 해당 게이지(8)에 관한 함수이다 (도 7 및 도 8 참조).
도 3에 도시된 실시 예에서, 정지 링(1)의 만곡 표면에 직접 고정되도록 게이지(8)에 관한 설비를 만들 수 있는데, 예를 들어, 게이지(8)가 포일(foil) 스트레인 게이지 형태일 수 있고, 이러한 구성에 의해, 게이지(8)와 레이스웨이(3) 사이의 모든 거리가 동일해지도록 하는 것이 가능하다.In the embodiment shown in FIG. 3, a provision may be made for the
도 1 및 도 2에 도시된 실시 예에서, 2 개의 측정 시스템의 게이지는 동일한 기판(12) 상에 집적되므로, 각 레이스웨이(3) 주변에서, 영역(7)의 변형의 크기를 측정하기 위해 하나 이상의 측정 시스템이 제공된다.In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the gauges of the two measuring systems are integrated on the
특히, 게이지(8)는 정지 링(1)의 외부 주변부에 배치되며, 측정되는 신호의 세기를 증가시키도록 실질적으로 각각의 레이스웨이(3)를 마주 대하고 있다. 따 라서, 게이지(8)를 가지고 있는 기판(12)은 동일한 축 방향의 면에서, 본질적으로 하나의 로우의 볼(2)에 의해 각각 발생되는 변형의 크기를 측정하는 것이 가능하도록 한다.In particular, the
베어링은 정지 링의 각 영역(7)에서의 변형의 크기를 측정하기 위한 3개 이상(도 1에 도시된 실시 예에서 8개: 눈에 보이는 4개 및 베어링의 다른 측면에 대칭적으로 배치된 4개)의 시스템과 함께 제공될 수 있으며, 상기 시스템은 정지 링(1) 및/또는 회전 링에 고정되거나 일체화된 소자에서의 회전 동안에 가해지는 힘을 측정된 크기에 관한 함수로서 계산하는 데에 적합한 컴퓨터에 접속되거나 또는 그에 접속될 수 있도록 설계된다. 특히, 그러한 컴퓨터는 출원인의 문헌 FR-2 839 553에 설명되어 있다. The bearings are arranged at least three (8 in the embodiment shown in FIG. 1: four visible and symmetrically arranged at the other side of the bearing) for measuring the magnitude of the deformation in each
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US8766720B2 (en) * | 2012-06-29 | 2014-07-01 | Siemens Energy, Inc. | Hybrid load differential amplifier operable in a high temperature environment of a turbine engine |
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TWI403720B (en) * | 2009-05-11 | 2013-08-01 | Ind Tech Res Inst | Resilience and displacement measuring device and method |
DE102010024808A1 (en) * | 2010-06-23 | 2011-12-29 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Piezoresistive force sensor |
DE102011103848A1 (en) * | 2011-05-27 | 2012-11-29 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | sensor device |
FR3001508B1 (en) * | 2013-01-28 | 2015-02-27 | Ntn Snr Roulements | BEARING BEARING AND ASSEMBLY OF SUCH BEARING IN THE HOUSING OF A STRUCTURE |
US9464703B2 (en) * | 2013-07-17 | 2016-10-11 | National Chung Cheng University | Ball screw capable of sensing preload |
US10508960B2 (en) * | 2013-12-20 | 2019-12-17 | Aktiebolaget Skf | Load determining system for a rolling element bearing |
GB2531258A (en) * | 2014-10-13 | 2016-04-20 | Skf Ab | Method and data processing device for detecting a load distribution in a roller bearing |
CN104455017A (en) * | 2014-12-23 | 2015-03-25 | 中国矿业大学(北京) | Circumferential radial force loaded bearing pedestal |
GB2542422A (en) * | 2015-09-21 | 2017-03-22 | Skf Ab | Bearing including at least two strain sensor probes |
EP3501961A1 (en) * | 2017-12-20 | 2019-06-26 | Specialized Bicycle Components, Inc. | Bicycle pedaling torque sensing systems, methods, and devices |
DE102019200780A1 (en) * | 2019-01-23 | 2020-07-23 | Robert Bosch Gmbh | Carriage for routing, routing with the carriage, and method for determining a load of the carriage |
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US4705969A (en) * | 1986-09-19 | 1987-11-10 | National Semiconductor Corporation | High accuracy tachometer circuit |
US5140849A (en) * | 1990-07-30 | 1992-08-25 | Agency Of Industrial Science And Technology | Rolling bearing with a sensor unit |
JP3588499B2 (en) * | 1995-04-13 | 2004-11-10 | 多摩川精機株式会社 | Method and apparatus for detecting failure of winding type rotation detector |
US6490935B1 (en) * | 1999-09-28 | 2002-12-10 | The Timken Company | System for monitoring the operating conditions of a bearing |
WO2001077634A2 (en) * | 2000-04-10 | 2001-10-18 | The Timken Company | Bearing assembly with sensors for monitoring loads |
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DE10136438A1 (en) * | 2000-08-22 | 2002-03-07 | Bosch Gmbh Robert | Sensor arrangement for direct measurement of forces and moments acting on bearing box and derivation from these of other values useful in automatic vehicle control systems |
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